JP2001165065A - 揺動ピストン形圧縮機及び冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】揺動ピストン形圧縮機及び冷凍空調装置におい
て、コストダウンを図り、かつ性能及び信頼性の高いも
のとすること。 【解決手段】揺動ピストン形圧縮機２４及び冷凍空調装
置において、密閉容器６内を吸込圧力とすると共に、ピ
ストン８をローラ部８ａとベーン部８ｂとで一体に形成
し、シリンダ１の吸入室１２と油供給側とに間欠的に連
通する油ポケット２３を設けて油供給側から吸入室１２
に所定量の油を供給し、冷凍サイクル内の油循環率を所
定範囲にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、揺動ピストン形圧
縮機及び冷凍空調装置に係り、特に、密閉容器内を吸込
圧力としてなる揺動ピストン形圧縮機及びこれを用いた
冷蔵庫、冷凍機等の冷凍装置や、ルームエアコン、パッ
ケージ形エアコン等の空調装置等の冷凍空調装置に好適
なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷凍・空調装置等に用いられるロ
ータリ圧縮機としては、特開平７−３０１１９０号公報
に記載されているように、潤滑状態の厳しい代替フロン
を用いた場合でも、ベーンとローラの接触部における摩
擦・摩耗の問題を解決するために、密閉容器内に、固定
子及び回転子を有する電動要素と、この電動要素により
駆動されるクランク軸、このクランク軸の偏心部に回転
自在に嵌合されたローラ、このローラに先端を接して往
復運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベー
ン、及び前記クランク軸を軸支し、かつ前記シリンダの
両端開口を閉塞する端板を有する主軸受及び副軸受で形
成される圧縮要素を収納し、ベーンが最もシリンダの外
方向に移動したときをクランク軸回転角の０°として、
この回転角９０°近傍において、シリンダの吸入室の中
に密閉容器内にたまった潤滑油をベーンとローラの接触
部に向かって供給する油供給手段を備え、そして、密閉
容器内が圧縮要素で圧縮された吐出圧力となっており、
ベーンがこの吐出圧力及びスプリングにより押圧されて
ローラに接触するようになっているものがある（従来技
術１）。

【０００３】また、冷凍機や空気調和装置等に用いる従
来のロータリコンプレッサとしては、特開平８−２４７
０６２号公報に示されているように、低圧となるシリン
ダの吸込み側に、確実に潤滑油を供給し、圧縮室のシー
ル性の向上を図ることを目的として、潤滑油が封入され
た密閉ケース内に吸込通路によって導かれた冷媒を、圧
縮機構部で圧縮し、吐出通路を介して密閉ケースの外へ
吐出し、前記圧縮機構部を、シリンダと、クランク室内
に配置された偏心軸部により偏心回転が与えられ、前記
シリンダ内を偏心回転するローラと、ローラの外周面と
接触し、圧縮室を形成するブレードとで構成し、前記シ
リンダの吸込み側に給油する給油手段を設けたものがあ
る（従来技術２）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術１の
ものは、別体のベーンがローラに接触するようになって
いるために、この部分に油を供給する油供給手段を設け
たとしても、ベーンとローラの接触部の摩耗を解消する
ことはできないという問題があった。

【０００５】また、従来技術１のものは、ローラにベー
ンを押し付けるために密閉容器内を高温、高圧の吐出圧
力にしているので、次のような問題を有するものであ
る。即ち、電動要素が高温で加熱されることにより、コ
イルが温度上昇し、信頼性が低下すると共に、モータ効
率を高めることが難しくなっている。また、高圧のロー
ラ内面から低圧の吸入室内への差圧による漏れ込み油が
過剰となることにより、圧縮機の性能が低下する。しか
も、冷媒が油中に溶解しやすくなるので、多量の冷媒を
必要としてコストアップを招き、特に自然系冷媒の場合
には可燃性なので安全性が低下し、軸受部に供給した油
から冷媒が発泡することによって潤滑性能が低下し、こ
れにより信頼性低下を招くおそれがあった。さらには、
密閉容器の耐圧を高めるために、厚い密閉容器を用いる
ことによる重量増加及びコストアップを招くものであっ
た。

【０００６】さらに、従来技術１のものは、冷凍サイク
ルに用いて圧縮機を断続運転する場合、圧縮機停止時に
密閉容器内の高温・高圧のガスが蒸発器内に逆流し、蒸
発器内温度を上昇させ、冷凍空調装置の性能を低下させ
る断続ロスの問題もあった。

【０００７】一方、従来技術２のものは、シリンダの吸
込み側と油供給側とを連通して油を供給するものであ
り、油供給側からシリンダの吸込み側へ供給する油の供
給量を所定範囲内に調節することが難しく、かつ油の供
給量を所定範囲に調節することについては記載されてい
なかった。

【０００８】本発明の目的は、コストダウンが図れ、か
つ高性能及び高信頼性の揺動ピストン形圧縮機及び冷凍
空調装置を得ることにある。

【０００９】本発明の別の目的は、コストダウンが図
れ、かつ広い運転範囲における高性能及び高信頼性の揺
動ピストン形圧縮機及び冷凍空調装置を得ることにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、密閉容器内を吸入圧力とし、
ローラ部の外周面から半径方向に突出してシリンダ内を
吸入室と圧縮室とに仕切るベーン部をローラ部と一体に
形成し、前記吸入室と油供給側とに間欠的に連通する油
ポケットを介して前記油供給側から前記吸入室に油を供
給するように給油機構を形成したことにある。

【００１１】本発明の第２の特徴は、密閉容器内を吸入
圧力とし、この密閉容器内への吸込み部から吸入室への
間に油分離機構を備え、前記電動要素を回転数制御し、
ローラ部の外周面から半径方向に突出してシリンダ内を
吸入室と圧縮室とに仕切るベーン部をローラ部と一体に
形成し、前記吸入室と油供給側とに間欠的に連通する油
ポケットを介して前記油供給側から前記吸入室に油を供
給するように給油機構を形成し、前記油分離機構を密閉
容器内へ戻る冷媒ガスの流速によ分離量が変化するよう
に形成したことにある。

【００１２】本発明の第３の特徴は、密閉容器内を吸入
圧力とし、前記電動要素を回転数制御し、ローラ部の外
周面から半径方向に突出してシリンダ内を吸入室と圧縮
室とに仕切るベーン部をローラ部と一体に形成し、給油
機構は、前記ベーン部の先端部が挿入された孔部を油供
給側とし、この孔部と前記吸入室とに間欠的に連通する
油ポケットを前記ベーン部に形成して前記油供給側から
前記吸入室に油を供給するように形成し、前記孔部内圧
力の負側の最大値にほぼ等しい位置で前記油ポケットと
前記孔部との連通が終了するように形成したことにあ
る。

【００１３】本発明の第４の特徴は、揺動ピストン形圧
縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を配管で接続して冷
凍サイクルを構成し、前記揺動ピストン形圧縮機の密閉
容器内を吸入圧力とし、前記揺動ピストン形圧縮機のロ
ーラ部の外周面から半径方向に突出してシリンダ内を吸
入室と圧縮室とに仕切るベーン部をローラ部と一体に形
成し、前記冷凍サイクル内の油循環率が０．１ｗｔ％〜
１．０ｗｔ％となるように前記揺動ピストン形圧縮機の
給油機構を形成したことにある。

【００１４】本発明の第５の特徴は、揺動ピストン形圧
縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を配管で接続して冷
凍サイクルを構成し、前記揺動ピストン形圧縮機の密閉
容器内を吸入圧力とし、前記揺動ピストン形圧縮機のロ
ーラ部の外周面から半径方向に突出してシリンダ内を吸
入室と圧縮室とに仕切るベーン部をローラ部と一体に形
成し、前記吸入室と油供給側とに間欠的に連通する油ポ
ケットを介して前記油供給側から前記吸入室に油を供給
して、前記冷凍サイクル内の油循環率が０．１ｗｔ％〜
１．０ｗｔ％となるように前記給油機構を形成したこと
にある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施例を図を用
いて説明する。なお、第２実施例以降の実施例において
は第１実施例と共通する構成を一部省略すると共に、重
複する説明を省略する。また、各実施例の図における同
一符号は同一物又は相当物を示す。

【００１６】まず、本発明の第1実施例の揺動ピストン
形圧縮機及び冷凍空調装置を図１から図５を参照して説
明する。

【００１７】図１は本発明の第１実施例における縦型揺
動ピストン形圧縮機の横断面図、図２は図1のＡ−Ａ断
面図、図３は図1の縦型揺動ピストン形圧縮機の給油機
構の動作説明図、図４は図１の縦型揺動ピストン形圧縮
機を用いた本発明の冷凍空調装置の冷凍サイクル説明
図、図５は図４の縦型揺動ピストン形圧縮機における油
循環率と成績係数ＣＯＰの関係を示す特性図、図６は図
４の縦型揺動ピストン形圧縮機における回転速度と油循
環率の関係を示す特性図である。

【００１８】揺動ピストン形圧縮機２４は、密閉容器６
内に電動要素、圧縮要素及びこの両者を連結する駆動軸
４を配置すると共に、この密閉容器６内を吸入圧力とし
ている。電動要素は、固定子７及び回転子５を有してい
る。圧縮要素は、圧縮機構と給油機構とを有している。
圧縮機構は、シリンダ１と、このシリンダ１内に回転可
能に配置されたピストン８と、シリンダ１の両端開口を
閉鎖する主軸受２及び副軸受３とを備えている。

【００１９】シリンダ１は、その中央部に円筒状内周面
１ａが形成されており、その両端開口が主軸受２と副軸
受３とで閉塞されている。この主軸受２と副軸受３は、
それぞれ中央に軸受部２ａ、３ａが形成されており、駆
動軸４を回転可能に支持している。また、この主軸受２
と副軸受３は、支持している駆動軸４の回転軸がシリン
ダの円筒状内周面１ａの中心軸と一致する様にシリンダ
１に固定している。駆動軸４には電動要素の回転子５が
固定されている。シリンダ１の外周部は密閉容器６に固
定されている。この密閉容器６には電動要素の固定子７
が回転子５と同軸となる様に固定されている。

【００２０】さらには、駆動軸４は、シリンダ１の円筒
状内周面１ａ内に位置する部分に偏心部４ａが形成され
ている。この偏心部４ａは、揺動ピストン８のローラ部
８ａの円筒状内周面内に回転可能に嵌入されている。ま
た、この偏心部４ａは、その円筒状外周面とローラ部８
ａの円筒状外周面とが摺動して回転するように、ローラ
部８ａに嵌合されている。

【００２１】この揺動ピストン８は、そのローラ部８ａ
の円筒状外周面から径方向に突出してシリンダ１の二つ
の孔部１ｂ、１ｃ内に挿入されるベーン部８ｂが一体に
形成されている。即ち、シリンダ１は、その円筒状内周
面１ａの外側に連通して、円筒状内周面１ａの中心軸と
平行な中心軸を持つ第１孔部１ｂが形成され、さらに、
その第１孔部１ｂの外側に連通して、第１孔部１ｂの中
心軸と平行な中心軸を持つ第２孔部１ｃが形成されてい
る。そして、ベーン部８ｂは第１孔部１ｂと第２孔部１
ｃとにまたがって挿入されている。

【００２２】このようなローラ部８ａとベーン部８ｂと
を一体に形成した揺動ピストン８を用いることにより、
従来技術１のようなローラ部８ａとベーン部８ｂとの接
触による摩耗等の問題を解消することができる。

【００２３】また、ベーン部８ｂと第１孔部１ｂとの間
には、滑動部材１０が介在されている。この滑動部材１
０は、ベーン部８ｂの平面部に摺動可能に当接する平面
部と第１孔部１ｂの円筒面部に摺動可能に当接する円筒
面部とを有し、ベーン部８ｂを挟み込むように組み込ま
れている。これにより、ベーン部８ｂは、第１孔部１ｂ
の中心軸に向かう進退運動と中心軸廻りの揺動運動とが
可能になるように、シリンダ１に支持されている。この
ベーン部８ｂの先端部は、第２孔部１ｃの中で進退運動
及び揺動運動し、シリンダ１と接触することはない。

【００２４】さらに、給油ピース４ｂは、駆動軸４の下
端に装着され、密閉容器６内の油１７中に浸っている。
各摺動部への給油は、駆動軸４の回転による遠心ポンプ
作用により、密閉容器６の底部に貯溜された油１７が駆
動軸４の給油穴２１より若干小径の開口を有する給油ピ
ース４ｂより吸引され、駆動軸４に形成された給油穴２
１及び給油溝２１に供給され、各摺動部の潤滑がなされ
る。これにより、ローラ部８ａの内面は常に油１７が充
満している。

【００２５】また、電動要素の下方に位置する密閉容器
６の側面を貫通して吸入パイプ１３が密閉容器６内に突
出して開口している。この吸入パイプ１３に近接する位
置に吸入通路１４が上軸受２に形成されている。この吸
入通路１４は吸入室１２に常時連通している。また、こ
の吸入通路１４の吸込側には、吸込口パイプ１４ａが取
付けられている。この吸込口パイプ１４ａの吸込側開口
１４ｂは、吸入パイプ１３の開口１３ａと偏心して設け
られており、油分離機構を形成している。

【００２６】以上の構成の揺動ピストン形圧縮機２４に
おいて、電動要素により駆動軸４が回転すると、揺動ピ
ストン８は偏心部４ａと共に図３（ａ）から（ｆ）に示
すように公転運動を行う。図３（ａ）から（ｆ）は、駆
動軸４が６０°ずつ回転した時の揺動ピストン８の運動
を示した図である。この図から明らかなように、ローラ
部８ａは、ベーン部８ｂが常にシリンダの第１孔部１ｂ
の中心軸方向を向く様に、偏心部４ａの中心軸廻りに若
干の角度だけ揺動運動を行いながらその中心が公転運動
をする。これにより、ベーン部８ｂはシリンダ１の第１
孔部１ｂの中心軸に向かった進退運動と該中心軸廻りの
揺動運動を行うが、ベーン部８ｂとシリンダ１の第１孔
部１ｂとの間の隙間のシールは滑動部材１０が挿入され
ることにより保たれる。そして、シリンダ１、揺動ピス
トン８、主軸受２、副軸受３及び滑動部材１０とにより
密閉された圧縮空間である圧縮室１１（図３斜線部）と
吸入空間である吸入室１２とが形成され、電動要素によ
る駆動軸４の回転に伴い図３の様にその容積の増減を繰
り返す。

【００２７】冷媒ガスは、密閉容器６の側面中央部に取
り付けられた吸入パイプ１３の開口１３ａより密閉容器
６内に吸込まれ、吸込口パイプ１４ａの開口１４ｂから
吸入通路１４を通過した後、吸入室１２に吸込まれる。
この吸入パイプ１３の開口１３ａから出て吸込口パイプ
１４ａの開口１４ｂに吸込まれる冷媒は、吸込口パイプ
１４ａの側面に衝突して或いは向きが変えられて、油が
分離される。吸入室１２に吸入された冷媒は、その後圧
縮室１１の容積の減少と同時に圧縮され、副軸受３に形
成された吐出ポート３ｂから吐出室３ｃへと吐出され
る。この吐出室３ｃは副軸受３と吐出カバー１５とによ
って形成されている。その後、冷媒ガスは、密閉容器６
に取り付けられた吐出パイプ１６を通って圧縮機外に吐
出される。

【００２８】このように本実施例では特に、吸入パイプ
１３を通過した冷媒ガスを一旦、密閉容器６内に吸込む
構造としており、密閉容器６内は吸入圧力である。密閉
容器６内を吸入圧力とすることにより以下のような利点
がある。

【００２９】（１）圧縮された高温の冷媒ガスによる電
動要素の加熱が少なく、低温の冷媒ガスによって電動要
素が冷却されるため、回転子５、固定子７の温度が低下
し、モータ効率が向上して性能向上が図れると共に、信
頼性の向上が図れる。

【００３０】（２）ローラ部８ａ内面が吸入圧力となる
ので、吸入室１２への差圧による過剰な油の供給がなく
なり、圧縮機の性能向上が図れる。

【００３１】（３）フロン等の油と相溶性のある冷媒で
は、圧力が低い為、油中に溶解する冷媒ガスの割合が少
なくなり、軸受等での発泡現象が起こりにくく、信頼性
を向上することができると共に、冷媒量の低減によりコ
ストダウンを図ることができる。また、可燃性を持つ自
然系冷媒では、冷媒使用量が少なくなり安全性を高める
ことができる。

【００３２】（４）密閉容器６の耐圧を低くできること
により、薄肉・軽量化が図ることができ、コストダウン
が図れる。

【００３３】次に、密閉容器６の底部に貯溜された油１
７の吸入室１２への流れを図３を参照して説明する。

【００３４】図３（ａ）及び（ｂ）は、駆動軸４の回転
角θが０°及び６０°の場合を示し、シリンダ１の両端
開口を閉塞する主軸受２及び副軸受３の少なくとも一
方、例えば主軸受２の端板に形成された油ポケット２３
に破線矢印で図示するようにローラ部８ａ内面に溜まっ
た油１７が取り込まれる状態を示す。

【００３５】図３（ｃ）は、駆動軸４の回転が進んだ回
転角θが１２０°の場合を示し、この状態では油ポケッ
ト２３は吸入室１２に連通し、油ポケット２３内に取り
込まれている油は吸入室１２内の冷媒ガスとの密度差に
より吸入室１２内に噴出し冷媒ガスと置換される。図３
（ｄ）及び（ｅ）は、駆動軸４の回転がさらに進んだ回
転角θが１８０°及び２４０°の場合を示し、この状態
では油ポケット２３は完全に吸入室１２内に露出し、油
ポケット２３内は冷媒ガスで満たされる。

【００３６】図３（ｆ）は、さらに駆動軸４の回転が進
んだ回転角θが３００°の場合を示し、この状態では油
ポケット２３は吸入室１２との連通が解消される。その
後、図５（ａ）の状態に戻り、油ポケット２３がローラ
部８ａ内面の油１７に連通すると、油ポケット２３内を
満たしていた冷媒ガスは矢印に示すように油１７と置換
される。

【００３７】これらの動作を繰り返すことにより吸入室
１２に所定量の油１７を確実に供給することができる。
即ち、油ポケット２３は、ローラ部８ａ内と吸入室１２
とに間欠的に連通することにより、所定量の油を確実に
供給することができる。なお、油１７の供給量は油ポケ
ット２３の容積を変えることにより容易に変えることが
でき、最適油量に設定することができる。

【００３８】次に、かかる本発明の揺動ピストン形圧縮
機２４を搭載した冷凍空調装置を図４を参照して説明す
る。この冷凍空調装置は、具体的には冷蔵庫の例であ
る。

【００３９】この冷凍空調装置の冷凍サイクルは、揺動
ピストン形圧縮機２４、凝縮器３１、 減圧装置、例え
ば膨張弁３２、蒸発器３３を配管３６で連結することに
より構成されている。また、凝縮器ファン３１ａは凝縮
器３１に強制的に通風を行うように設けられ、蒸発器フ
ァン３３ａは蒸発器３３に強制的に通風を行うように設
けられている。

【００４０】揺動ピストン形圧縮機２４を起動すること
により、圧縮された高温・高圧の作動ガスは、実線矢印
で示すように吐出パイプ１６から凝縮器３１に流入し
て、ファン３１ａの送風作用で放熱、液化し、膨張弁３
２で絞られ、断熱膨張して低温・低圧となり、蒸発器３
３で吸熱、ガス化された後、吸入パイプ１３を経て揺動
ピストン形圧縮機２４に吸入され、冷却運転が行われ
る。

【００４１】この冷凍空調装置においては、本発明の揺
動ピストン形圧縮機２４を搭載しているので、エネルギ
ー効率に優れた冷凍空調装置が得られる。特に、本発明
の揺動ピストン形圧縮機は、密閉容器６内を低圧にして
いるので、断続運転時に高温・高圧の冷媒が蒸発器３３
内に流入する量を少なくでき、断続エネルギーロスを低
減できる。

【００４２】ここで、上述した揺動ピストン形圧縮機２
４の性能上最適な内部潤滑の供給量について、図５を参
照して説明する。

【００４３】図５は、密閉容器６内を吸入圧力とした揺
動ピストン形圧縮機２４において、油ポケット２３によ
る給油機構により吸入室１２に油を供給し、この油ポケ
ット２３の容積を種々変化させて圧縮機性能との関係を
実験により調べた実験結果であり、冷凍サイクル中の油
循環率（冷媒中の油の質量割合で、ＪＩＳ Ｂ ８６０
６の付属書Ｄに記載されている方法による測定値）と成
績係数ＣＯＰ（＝冷凍能力/消費電力）との関係を示す
性能特性図である。ここで、冷媒は１３４ａを用い、実
験条件は冷蔵庫の通常運転に相当する吐出圧力Ｐｄ＝
１.０４３ＭＰａ、吸入圧力Ｐｓ＝０.０９５ＭＰａ、回
転速度Ｎ＝３０００ｍｉｎ^-1である。また、圧縮機２４
の成績係数ＣＯＰは、密閉容器６内の圧力が吐出圧力
で、吐出圧力と吸入圧力の差圧によって供給される油で
内部潤滑される場合のＣＯＰを１.０（破線で図示）と
した時の比率で表している。

【００４４】図５から明らかなように、油循環率が０．
１ｗｔ％以下では内部潤滑の給油が不足して内部シール
性が低下し性能が低下しているが、０．１ｗｔ％以上に
なると吐出圧力と吸入圧力の差圧で内部潤滑される場合
よりも性能向上していることがわかる。一方、油循環率
の上限は、冷凍サイクル特性において、熱交換器の管内
熱伝達率や圧力損失といった伝熱性能が低下しない範囲
に決められ、通常、その上限は１.０ｗｔ％である。油
循環率が１.０ｗｔ％を超えて増加すると、冷蔵庫の場
合は蒸発器３３の蒸発温度が上昇して冷却性能が低下し
はじめる。以上より、揺動ピストン形圧縮機２４の性能
上好適な内部循環の油量は、冷凍サイクルの油循環率に
して、０．１ｗｔ％〜１.０ｗｔ％の範囲にすることに
より、成績係数ＣＯＰが高いものとすることができる。

【００４５】上述した給油機構を設けることにより、冷
凍サイクル中の油循環率が０．１ｗｔ％〜１．０ｗｔ％
となるように吸入室１２へ供給する油量を設定すること
が容易となり、冷凍装置の熱交換器の性能向上を図るこ
とができ、高性能で高信頼性の揺動ピストン形圧縮機及
び冷凍空調装置を提供することができる。

【００４６】次に、上述した揺動ピストン形圧縮機２４
の駆動軸４の回転速度と油循環率の関係について図６を
参照して説明する。

【００４７】図６は、吸入パイプ１３と吸入室１２を直
結し、油ポケット２３を備えた給油機構により吸入室１
２に油を供給し、この油ポケット２３の容積を種々変化
させて、油循環率と回転速度との関係を実験により調べ
た結果である。ここで、実験条件や油循環率測定方法は
図５の実験と同じである。

【００４８】油循環率は、図６に示すように、回転速度
が低速になる程ど小さく、高速になる程大きくなるが、
上述した給油機構によれば、油ポケット２３を間欠的に
吸入室１２及び給油側に連通するようにしているので、
低速で油循環率０．１ｗｔ％以上を満足するように油ポ
ケット２３の容積を設定することができ、一方、密閉容
器６内へ戻る冷媒ガスの流速により油分離量が変化する
油分離機構を備えているので、高速時に吸込口パイプ１
４ａから吸入口１４を介して吸入室１２に吸入される油
量の増加を抑制することができる。これにより、広い範
囲の回転速度で、油循環量が０．１ｗｔ％〜１.０ｗｔ
％となるようにすることができる。

【００４９】次に、本発明の第２実施例を図７から図１
１を参照して第１実施例と主に相違する点について説明
する。

【００５０】図７は本発明の第２実施例における横型揺
動ピストン形圧縮機の縦断面図、図８は図７のＢ−Ｂ断
面図、図９は図1の横型揺動ピストン形圧縮機の給油機
構の動作説明図、図１０は図７の横型揺動ピストン形圧
縮機を用いた本発明の冷凍空調装置の冷凍サイクル説明
図、図１１は図７の横型揺動ピストン形圧縮機における
回転角と孔部１ｃ内圧力との関係を示す特性図である。

【００５１】この第２実施例のものは、第１実施例のも
のに比較して、横型にした点にて大きく相違し、これに
伴って主に給油機構が次の通り相違する。

【００５２】この第２実施例の給油機構は、密閉容器６
の下部に貯溜する油１７と第２孔部１ｃとを連通する吸
込み流体ダイオード１８を備えると共に、第２孔部１ｃ
と駆動軸４に形成された給油穴２１とを連通する吐出し
流体ダイオード１９及び給油パイプ２０を備え、さらに
は、ベーン部８ｂの側面に油ポケット２２を形成してい
る点にて第１実施例と相違している。

【００５３】次に、かかる給油機構において、駆動軸４
の摺動部への密閉容器６の底部に貯溜された油１７の流
れを図７を参照して説明する。

【００５４】駆動軸４の回転により、ベーン部８ｂが第
２孔部１ｃの中で進退運動し、第２孔部１ｃの容積が変
化する。この容積変化によるポンプ作用で、密閉容器６
の底部に貯溜された油１７は、吸込み流体ダイオード１
８を介して第２孔部１ｃ内に吸引されてこの第２孔部１
ｃを充満し、さらには吐出し流体ダイオード１９、給油
パイプ２０を通って、駆動軸４に形成された給油穴２１
及び給油溝２１に供給され、各摺動部の潤滑がなされ
る。これにより、ローラ部８ａの内面は常に油１７が充
満する。

【００５５】一方、ベーン部８ｂの進退運動により、第
２孔部１ｃに貯溜された油１７が、吸入室１２へ図９に
示すように給油される。

【００５６】図９（ａ）及び（ｂ）は、駆動軸４の回転
角θが０°及び６０°の場合を示し、ベーン部８ｂの吸
入室側面８ｃに形成された油ポケット２２がシリンダの
第２孔部１ｃに連通しており、この油ポケット２２に破
線矢印で図示するように第２孔部１ｃ内に貯溜された油
１７が取り込まれる。

【００５７】図９（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は、駆動軸
４の回転が進んだ回転角θが１２０°、１８０°及び２
４０°の場合を示し、この状態では油ポケット２２は吸
入室１２に連通し、破線矢印で図示するように油ポケッ
ト２２内に取り込まれた油１７は吸入室１２内の冷媒ガ
スとの密度差により吸入室１２内に噴出し、冷媒ガスと
置換される。

【００５８】図９（ｆ）は、駆動軸４の回転がさらに進
んだ回転角θが３００°の場合を示し、この状態では油
ポケット２２は吸入室１２及び第２孔部１ｃの何れにも
連通しない。その後、図９（ａ）に戻り、油ポケット２
２は再びシリンダの第２孔部１ｃと連通し、破線矢印で
図示するように第２孔部１ｃ内の底部に貯溜した油１７
と置換される。

【００５９】以上の動作を繰り返すことにより吸入室１
２に所定量の油を確実に供給することができる。油１７
の供給量は油ポケット２２の容積を変えることにより容
易に変えることができ、最適油量に設定することができ
る。

【００６０】次に、かかる本発明の揺動ピストン形圧縮
機２４を搭載した冷凍空調装置を図１０を参照して説明
する。この冷凍空調装置は、具体的にはルームエアコン
の例である。

【００６１】この冷凍空調装置の冷凍サイクルは、冷暖
房が可能なヒートポンプサイクルで、揺動ピストン形圧
縮機２４、室外熱交換器２５、減圧装置、例えば膨張弁
２６、室内熱交換器２７、及び四方弁２８を配管３７で
連結することにより構成されている。室外熱交換器用フ
ァン２５ａは室外熱交換器２５に通風するように設けら
れ、室内熱交換器用ファン２７ａは室内熱交換器２７に
通風するように設けられている。一点鎖線で示す２９は
室外ユニット、３０は室内ユニットである。

【００６２】揺動ピストン形圧縮機２４を起動すること
により、作動流体（例えば、ＨＣＦＣ２２、ＨＦＣ４０
７Ｃ、４１０ＡやＨＣ系冷媒）の圧縮作用が行われる。
冷房運転の場合、圧縮された高温・高圧の作動ガスは実
線矢印で示すように吐出パイプ１６から四方弁２８を通
り室外熱交換器２５に流入して、ファン２５ａの送風作
用で放熱、液化し、膨張弁２６で絞られ、断熱膨張して
低温・低圧となり、室内熱交換器２７で室内の熱を吸熱
してガス化された後、吸入パイプ１３を経て揺動ピスト
ン形圧縮機２４に吸入され、冷房が行われる。

【００６３】一方、暖房運転の場合は、破線矢印で示す
ように冷房運転とは逆に流れ、圧縮された高温・高圧の
作動ガスは、吐出パイプ１６から四方弁２８を通り室内
熱交換器２９に流入して、ファン２９ａの送風作用で室
内に放熱して液化し、膨張弁２６で絞られ、断熱膨張し
て低温・低圧となり、室外熱交換器２５で外気から熱を
吸熱してガス化された後、吸入パイプ１３を経て揺動ピ
ストン形圧縮機２４に吸入され、暖房が行われる。

【００６４】上述した第２実施例の揺動ピストン形圧縮
機２４の給油機構を用いることにより、冷凍サイクル中
の油循環率が０．１ｗｔ％〜１．０ｗｔ％となるように
吸入室１２へ供給する油量を設定することが容易とな
り、冷凍空調装置の熱交換器の性能向上を図ることがで
き、高性能で高信頼性の揺動ピストン形圧縮機及び冷凍
空調装置を提供することができる。

【００６５】次に、上述した第２実施例の揺動ピストン
形圧縮機２４は回転数制御するものであり、この回転数
制御する場合の油ポケット２２からの給油量について図
１１を参照して説明する。なお、図１１での回転角θは
図９の回転角θと対応し、回転数１０００ｍｉｎ^-1の場
合と回転数３０００ｍｉｎ^-1の場合を実線で示してい
る。

【００６６】図１１にて明らかなように、第２孔部１ｃ
内の圧力は、駆動軸４の回転速度が高速になる程、圧力
変動が大きくなるものであり、回転角θが１４５°と３
２５°の近傍で吸入圧力に対して負側から正側と正側か
ら負側に変動し、また、回転角θが約６０°の近傍で負
側の最大値及び約２４０°の近傍で正側の最大値を有し
ている。このことから、第２実施例の給油機構において
は、第２孔部１ｃが吸入圧力に対し負圧になっている時
に、油ポケット２２に油１７を取り込むようにしている
ので、回転速度が高速になる程、低い圧力状態で油ポケ
ット２２に油１７を取り込むこととなり、従って、高速
で取り込んだ油１７の方が吸入室１２で冷媒ガスと置換
し難くなり、高速になる程、吸入室１２へ供給する油量
を抑制できる。そこで、低速で最適油量となるように油
ポケット２２の容積を設定することにより、広範囲の回
転速度にわたり吸入室に供給する油量を冷凍サイクル中
の油循環量が０．１ｗｔ％〜１.０ｗｔ％となるように
供給でき、幅広い回転速度にわたり安定した給油が可能
な高性能で高信頼性の揺動ピストン形圧縮機及び冷凍空
調装置が提供できる。また、第２実施例の給油機構にお
いては、図１１の連通期間Ａに示すように、油ポケット
２２が第２孔部１ｃに連通し、第２孔部１ｃの負側のほ
ぼ最大値のところで連通を終了するようにしているの
で、回転速度による給油量の抑制を顕著なものとするこ
とができる。

【００６７】次に、本発明の揺動ピストン形圧縮機にお
いて、広範囲の回転速度にわたり吸入室に供給する油量
を冷凍サイクル中の油循環量が０．１ｗｔ％〜１.０ｗ
ｔ％となるように供給するための油分離機構の各実施例
について説明する。

【００６８】図１２は本発明の第３実施例を示す横型揺
動ピストン形圧縮機の油分離機構部分の断面図である。
ここで図１２は、図７の吸入パイプ１３に相当する部分
の近傍を拡大したものであり、図１３から図１６におい
ても同様である。

【００６９】吸入室１２と連通する吸入通路１４には吸
込口パイプ１４ａが取り付けられている。この吸込口パ
イプ１４ａの入口１４ｂは、吸入パイプ１３から吸い込
まれる冷媒ガスが直接吸入室１２に吸い込まれないよう
に、吸入パイプ１３とずらしている。吸入パイプ１３か
ら吸い込まれる前記冷媒ガスは、通常、油が混入した状
態となっている。吸入パイプ１３から冷媒ガスと共に吸
い込まれた油は、密閉容器６に流入した際に、吐出カバ
ー１５や吸込口パイプ１４ａに衝突し、油が前記吐出カ
バー１５や吸込口パイプ１４ａに付着することにより両
者は分離される。この時、冷媒ガスの流速が速いほど付
着しやすくなり、分離効率が良くなる。従って、流速が
速くなる高速域で油分離効率が向上し、吸入室１２へ冷
媒ガスと共に吸い込まれる油量を抑制することができ
る。

【００７０】図１３は本発明の第４実施例を示す横型揺
動ピストン形圧縮機の油分離機構部分の断面図、図１４
は本発明の第５実施例を示す横型揺動ピストン形圧縮機
の油分離機構部分の断面図である。

【００７１】前述した図１２に示す油分離機構は吸入パ
イプ１３の吸込方向と吸込口パイプ１４ａの吸込方向が
同一方向のものであるが、図１３及び図１１４に示す油
分離機構は、吸込口パイプ１４ａの吸込方向を吸入パイ
プ１３の吸込方向に対して、それぞれ９０°及び１８０
°の角度を持つように変化させている。このように、吸
入パイプ１３の吸込方向と吸込口パイプ１４ａの吸込方
向を変化させることにより、吐出カバー１５や吸込口パ
イプ１４ａに衝突後に冷媒ガスと共に吸い込まれる油量
を図１２で示したものより低減できる。なお、吸込口パ
イプ１４ａを断熱性のある樹脂系材料で構成することに
より冷媒ガスが加熱される影響を少なくできる。

【００７２】図１５は本発明の第５実施例を示す横型揺
動ピストン形圧縮機の油分離機構部分の断面図である。
この図１５に示す油分離機構は、吸入パイプ１３が流路
抵抗が大きくならない程度の円弧で曲げられており、冷
媒ガスが円弧部１４ｃを通過後、直接吸入通路１４へ流
入するように前記吸入パイプ１３に吸入通路１４が挿入
されている。吸入パイプ１３から冷媒ガスと共に吸い込
まれた油は、円弧部１４ｃで油と冷媒ガスの密度差によ
る遠心力差により両者は分離される。分離された油は前
記隙間１４ｄを通って密閉容器６の底部に戻される。こ
の時、流速が速くなる高速域で油の遠心力が大きくなり
油分離効率が向上し、吸入室１２へ冷媒ガスと共に吸い
込まれる油量を抑制することができる。また、冷媒ガス
が円弧部１４ｃを通過後、直接吸入通路１４へ流入する
ように前記吸入パイプ１３に吸入通路１４が挿入されて
いるので冷媒ガスが加熱される影響を少なくできる。

【００７３】図１６及び図１７は本発明の第７実施例を
示す横型揺動ピストン形圧縮機の油分離機構部分の断面
図である。この図１６に示す油分離機構は、吸入通路１
４と吸入パイプ１３との間に多数の小穴を設けた邪魔板
１４ｅが取り付けられている。吸入パイプ１３を通って
冷媒ガスと共に吸い込まれた油は、吸入パイプ１３を通
過後、邪魔板１４ｅに衝突し、油が前記邪魔板１４ｅに
付着することにより両者は分離され、分離された油は邪
魔板１４ｅを伝わって密閉容器６の底部へと戻される。
この時、冷媒ガスの流速が速いほど付着しやすくなり、
分離効率が良くなる。従って、流速が速くなる高速域で
油分離効率が向上し、吸入室１２へ冷媒ガスと共に吸い
込まれる油量を抑制することができる。また、冷媒ガス
は邪魔板１４ｅ通過後、直接吸入通路１４へ吸い込まれ
るので冷媒ガスが加熱される影響を少なくできる。な
お、図１６では邪魔板１４ｅを２枚で示したが、邪魔板
１４ｅはその枚数や小穴の大きさ、数を変えることによ
り分離効率を調整することができる。

【００７４】以上説明した本発明の第３実施例から第７
実施例の油分離機構は、高速域で吸入室１２へ吸い込ま
れる油量を抑制できるので、第１及び第２実施例にて説
明した吸入室１２への油供給機構と併用し、前記油供給
機構の油ポケット容積を低速で最適油量となるように設
定することにより、広範囲の回転速度にわたり吸入室に
供給する油量を冷凍サイクル中の油循環量が０．１ｗｔ
％〜１.０ｗｔ％となるように供給することができ、幅
広い回転速度にわたり安定した給油が可能な高性能で高
信頼性の揺動ピストン形圧縮機が提供できる。

【００７５】なお、上記本発明の第３実施例から第７実
施例の油分離機構を縦形揺動ピストン形圧縮機に適用す
ることは容易である。

【００７６】これまでに述べた実施例では、揺動ピスト
ン形圧縮機として１シリンダの圧縮機を例に挙げて説明
したが、本発明はこれ以外に２シリンダ以上の揺動ピス
トン形圧縮機にも適用できる。

【００７７】

【発明の効果】本発明によれば、コストダウンが図れ、
かつ高性能及び高信頼性の揺動ピストン形圧縮機及び冷
凍空調装置を得ることができる。

【００７８】また、本発明によれば、コストダウンが図
れ、かつ広い運転範囲における高性能及び高信頼性の揺
動ピストン形圧縮機及び冷凍空調装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における縦型揺動ピストン
形圧縮機の横断面図である。

【図２】図1のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図1の縦型揺動ピストン形圧縮機の給油機構の
動作説明図である。

【図４】図１の縦型揺動ピストン形圧縮機を用いた本発
明の冷凍空調装置の冷凍サイクル説明図である。

【図５】図１の縦型揺動ピストン形圧縮機における油循
環率と成績係数ＣＯＰの関係を示す特性図である。

【図６】図１の縦型揺動ピストン形圧縮機における回転
速度と油循環率の関係を示す特性図である。

【図７】本発明の第２実施例における横型揺動ピストン
形圧縮機の横断面図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ断面図である。

【図９】図７の横型揺動ピストン形圧縮機の給油機構の
動作説明図である。

【図１０】図７の横型揺動ピストン形圧縮機を用いた本
発明の冷凍空調装置の冷凍サイクル説明図である。

【図１１】図７の横型揺動ピストン形圧縮機における回
転角と孔部内圧力との関係を示す特性図である。

【図１２】本発明の第３実施例を示す横型揺動ピストン
形圧縮機の油分離機構部分の断面図である。

【図１３】本発明の第４実施例を示す横型揺動ピストン
形圧縮機の油分離機構部分の断面図である。

【図１４】本発明の第５実施例を示す横型揺動ピストン
形圧縮機の油分離機構部分の断面図である。

【図１５】本発明の第６実施例を示す横型揺動ピストン
形圧縮機の油分離機構部分の断面図である。

【図１６】本発明の第７実施例を示す横型揺動ピストン
形圧縮機の油分離機構部分の断面図である。

【図１７】図１６のＣ−Ｃ断面図である。

【符号の説明】

１…シリンダ、１ａ…円筒状内周面、１ｂ…円筒第２孔
部１ｃ…孔部、２…主軸受、２ａ…軸受部、３副軸受、
３ａ…軸受部、３ｂ…吐出ポート、３ｃ…吐出室、４…
駆動軸、４ａ…偏心部、４ｂ…給油ピース、５…回転
子、６…密閉容器、７…固定子、８…揺動ピストン、８
ａ…ローラ部、８ｂ…ベーン部、８ｃ…吸入室側面、１
０…滑動部材、１１…圧縮室、１２…吸入室、１３…吸
入パイプ、１４…吸入通路、１４ａ…吸入口、１４ｂ…
入口、１４ｃ…円弧部、１４ｄ…隙間、１４ｅ…邪魔
板、１５…吐出カバー、１６…吐出パイプ、１７…油、
１８…吸込み流体ダイオード、１９…吐出しダイオー
ド、２０…給油パイプ、２１…給油穴及び給油溝、２
２、２３…油ポケット、２４…揺動ピストン形圧縮機、
２５…室外熱交換器、２５ａ…ファン、２６…減圧装置
（膨張弁）、２７…室内熱交換器、２７ａ…ファン、２
８…四方弁、２９…室外ユニット、３０…室内ユニッ
ト、３１…凝縮器、３１ａ…ファン、３２…減圧装置
（膨張弁）、３３…蒸発器、３３ａ…ファン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２５Ｂ 43/02 Ｆ２５Ｂ 43/02 Ｍ (72)発明者 大島 健一 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 川南 茂也 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 早瀬 功 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 3H029 AA04 AA15 AA21 AB03 BB04 BB35 BB42 CC03 CC05 CC07 CC22 CC24 CC33 CC44

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉容器内に電動要素、圧縮要素及びこの
   両者を連結する駆動軸を配置すると共に、この密閉容器
   内を吸入圧力とし、前記電動要素は固定子及び回転子を
   有し、前記圧縮要素は圧縮機構及び給油機構を有し、前
   記圧縮機構は、シリンダと、このシリンダ内に回転可能
   に配置されたピストンと、前記シリンダの両端開口を閉
   鎖する主軸受及び副軸受とを備え、前記ピストンは、ロ
   ーラ部と、このローラ部の外周面から半径方向に突出し
   て前記シリンダ内を吸入室と圧縮室とに仕切るベーン部
   とを一体に有し、前記給油機構は、前記吸入室と油供給
   側とに間欠的に連通する油ポケットを介して前記油供給
   側から前記吸入室に油を供給するように形成したことを
   特徴とする揺動ピストン形圧縮機。
2. 【請求項２】密閉容器内に電動要素、圧縮要素及びこの
   両者を連結する駆動軸を配置すると共に、この密閉容器
   内を吸入圧力とし、この密閉容器内への吸込み部から吸
   入室への間に油分離機構を備え、前記電動要素は、固定
   子及び回転子を有すると共に、回転数制御され、前記圧
   縮要素は圧縮機構及び給油機構を有し、前記圧縮機構
   は、シリンダと、このシリンダ内に回転可能に配置され
   たピストンと、前記シリンダの両端開口を閉鎖する主軸
   受及び副軸受とを備え、前記ピストンは、ローラ部と、
   このローラ部の外周面から半径方向に突出して前記シリ
   ンダ内を吸入室と圧縮室とに仕切るベーン部とを一体に
   有し、前記給油機構は、前記吸入室と油供給側とに間欠
   的に連通する油ポケットを介して前記油供給側から前記
   吸入室に油を供給するように形成し、前記油分離機構
   は、密閉容器内へ戻る冷媒ガスの流速により分離量が変
   化するように形成したことを特徴とする揺動ピストン形
   圧縮機。
3. 【請求項３】密閉容器内に電動要素、圧縮要素及びこの
   両者を連結する駆動軸を配置すると共に、この密閉容器
   内を吸入圧力とし、前記電動要素は、固定子及び回転子
   を有すると共に、回転数制御され、前記圧縮要素は圧縮
   機構及び給油機構を有し、前記圧縮機構は、シリンダ
   と、このシリンダ内に回転可能に配置されたピストン
   と、前記シリンダの両端開口を閉鎖する主軸受及び副軸
   受とを備え、前記ピストンは、ローラ部と、このローラ
   部の外周面から半径方向に突出して前記シリンダ内を吸
   入室と圧縮室とに仕切ると共に先端部が前記シリンダの
   孔部に挿入されたベーン部とを一体に有し、前記給油機
   構は、前記ベーン部の先端部が挿入された孔部を油供給
   側とし、この孔部と前記吸入室とに間欠的に連通する油
   ポケットを前記ベーン部に形成して前記油供給側から前
   記吸入室に油を供給するように形成し、前記孔部内圧力
   の負側の最大値にほぼ等しい位置で前記油ポケットと前
   記孔部との連通が終了するように形成したことを特徴と
   する揺動ピストン形圧縮機。
4. 【請求項４】揺動ピストン形圧縮機、凝縮器、減圧装置
   及び蒸発器を配管で接続して冷凍サイクルを構成し、前
   記揺動ピストン形圧縮機は、密閉容器内に電動要素、圧
   縮要素及びこの両者を連結する駆動軸を配置すると共
   に、この密閉容器内を吸入圧力とし、前記電動要素は固
   定子及び回転子を有し、前記圧縮要素は圧縮機構及び給
   油機構を有し、前記圧縮機構は、シリンダと、このシリ
   ンダ内に回転可能に配置されたピストンと、前記シリン
   ダの両端開口を閉鎖する主軸受及び副軸受とを備え、前
   記ピストンは、ローラ部と、前記シリンダ内を吸入室と
   圧縮室とに仕切るベーン部とを有し、前記給油機構は、
   前記冷凍サイクル内の油循環率が０．１ｗｔ％〜１．０
   ｗｔ％となるように形成したことを特徴とする冷凍空調
   装置。
5. 【請求項５】揺動ピストン形圧縮機、凝縮器、減圧装置
   及び蒸発器を配管で接続して冷凍サイクルを構成し、前
   記揺動ピストン形圧縮機は、密閉容器内に電動要素、圧
   縮要素及びこの両者を連結する駆動軸を配置すると共
   に、この密閉容器内を吸入圧力とし、前記電動要素は固
   定子及び回転子を有し、前記圧縮要素は圧縮機構及び給
   油機構を有し、前記圧縮機構は、シリンダと、このシリ
   ンダ内に回転可能に配置されたピストンと、前記シリン
   ダの両端開口を閉鎖する主軸受及び副軸受とを備え、前
   記ピストンは、ローラ部と、前記シリンダ内を吸入室と
   圧縮室とに仕切るベーン部とを有し、前記給油機構は、
   前記吸入室と油供給側とに間欠的に連通する油ポケット
   を介して前記油供給側から前記吸入室に油を供給して、
   前記冷凍サイクル内の油循環率が０．１ｗｔ％〜１．０
   ｗｔ％となるように形成したことを特徴とする冷凍空調
   装置。